爬楼梯问题(专家级)
假设有M阶梯的楼,你可以每次跨1到N步,其中M》N,请问刚好爬到M阶梯,有几种爬法。(只前进不后退) 比如M=30,N=4,即30阶楼梯,每次可以跨1步或者2步或者3步或者4步,答案是多少呢?
弱一点的 有M阶梯的楼,你可以每次跨1到N步,其中N=M-1,问刚好爬到M阶梯,有几种爬法。(只前进不后退) C1(M-1)+C2(M-1)+…+C(M-1)(M-1)=2^(M-1)-1
解答: 设刚好爬到K(1≤K≤M)阶梯有A(K)种不同爬法,按条件不难得出: A(1)=1,a(2)=2,…,A(N)=2^(N-1) 当1≤K≤N时 A(K)=A(K-1)+A(K-2)+…+A(K-N) 当N<K时 通过上式不断迭代求出需要的A(M),但若不用编程或不采用大数计算器,很难正确求得正确结果。
下面想法找出一般计算公式求A(M): 上面方程的特征方程为 x^N-x^(N-1)-…-x-1=0 (1) 解为 A(n)=C(1)*z(1)^n+C(2)*z(2)^n+…+C(N)*z(N)^n 其中C(i),i=1,…,t是常数,z(i),i=1,…,t是方程(1)的N个根。
仔细分析后可知,这N个根中有且只有1个根的模大于1(1实根。 所以,刚好爬到M阶梯的不同爬法 A(M)= round{(1-r)/(2N-(N+1)r)*r^M } (2) 其中round(y)为最接近y的整数,即y四舍五入得到的整数。
计算公式(2)是严格精确的,实际计算可能的误差只是计算过程中产生的误差。 例如,N=4时,r≈1。9275619754829253 按(2)式很容易算得A(30)=201061985,A(45)= 3788394725871 经验算,这两个结果正确。
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此问题似乎没有大家所说的那么难。
引入记号H(M,N)表示M阶楼梯,每步至多N阶的走法总数,以下结论是明显的: H(1,1)=1;H(M,1)=1;H(2,2)=2=F3(斐波那契数列第三项); H(M,2)=F(M+1)(斐波那契数列第M+1项); H(3,3)=4 H(M,M)=1+C(M-1,1)+C(M-1,2)+…+C(M-1,M-1)=2^(M-1) H(M,M-1)=H(M,M)-1=2^(M-1)-1; 以下考虑,M≥4,3≤N≤M-2的情形 数学模型很简单,但要得出具体表达式却需要一些计算 H(M,N)实际就是下式展开式中的x的M次方项的系数 f(x)=(1+x+x^2+…+x^N)^M 或者转化为 g(x)=[(1-x^(N+1))/(1-x)]^M的展开式的x^M项的系数! 即[1-x^(N+1)]^M*(1+x+x^2+…)^M展开式的x^M项的系数! 这里简单说明一下原理: 因为不论每步上几阶,但上完后总阶数是M,换成上述模型中的解释是,表达式中每一项中x的指数表示一步所跨阶数,因为即使每步上一阶,至多需要走M步,所以外面的M次方就表示这个意思,展开式中的x^n项,就是通过若干步上了n阶,现在我们只关心若干步后上了M阶,所以要考察x^M的情况,那么这一项是怎样的来的呢?那就是由M个相同的多项式中x的不超过M次的项乘积得出的,每构成一个x^M,都代表一种完成任务的方法,于是,它的系数就是完成这一事件的方法总数,即H(M,N)。
设n,n+1,n+2,n+3个台阶时用的方法分别为A(n) , A(n+1), A(n+2),A(n+3) 则再增加一个台阶(即n+4)时要么 最后一步只跨一个台阶,即A(n+3)种方法, 或走后一步跨两个台阶,即A(n+2)种方法, 或走后一步跨三个台阶,即A(n+1)种方法, 或走后一步跨四个台阶,即A(n)种方法 所以有A(n+4)= A(n+3)+ A(n+2)+ A(n+1)+ A(n) A(1)=1, A(2)=2, A(3)=4, A(4)=8, 所以由计算机的A(30)= 201061985,
比如M=30,N=4,即30阶楼梯,每次可以跨1步或者2步或者3步或者4步,答案是多少呢? 分部进行: 从0到4有以下8种走法:1111,112,121,211,22,13,31,4; 从4到8有8种走法;以此类推,从8到12,从12到16,^从24到28有8种走法,从28到30有2种走法(11,2)所以一共有8^7*2=2^30种走法.
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答:这是根据上下楼的方向不同详情>>
答:详情>>
答:x->0:lim(1+x)^(-1/x) =1/[x->0:lim(1+x)^(1/x) =1/e x->∞:limxsin(1/x) =1/x->0:lim[...详情>>
问:中国近代数学研究和教育的奠基人是谁,他毕生追求“科学教育,教育救国”
答:第一个华罗庚 第二个陈景润详情>>
答:对于那些有志于穷尽数学奥秘的学生,他总是循循善诱地予以启发和教育,而对于那些急功近利、在学习上不肯刻苦钻研的人,则毫不客气地予以批评详情>>